吳天昊，馬冬山

摘? 要：在石油能源日益緊張和國家提出并規(guī)范節(jié)能降耗要求的時(shí)代背景下，商用車燃料經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)躍居用戶關(guān)注度首位。因此，制定一項(xiàng)能夠準(zhǔn)確反映汽車燃料經(jīng)濟(jì)性水平并能夠?qū)ζ囆旭偣r進(jìn)行分析的試驗(yàn)方法是非常必要的，尤其是能夠?yàn)檎嚠a(chǎn)品開發(fā)提供具有實(shí)際意義的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為提高企業(yè)商用車市場競爭力做出貢獻(xiàn)。本論文闡述了通過確定試驗(yàn)道路與試驗(yàn)方法，采集行駛工況數(shù)據(jù)，分析行駛工況和驗(yàn)證試驗(yàn)方法等技術(shù)手段，制定了新的商用車燃油經(jīng)濟(jì)性道路試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：燃油經(jīng)濟(jì)性;商用車;試驗(yàn)方法;行駛工況

中圖分類號：U473? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2021）04-0030-08

Research on Road Test Method of Commercial Vehicle

Fuel Economy

WU Tian-hao1， MA Dong-shan2

（ 1.National Automobile Quality Supervision and Inspection Center （Xiangyang）， Xiangyang 441004， China; 2.Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center， Wuhan 430056， China ）

Abstract： Under the background of the increasing tension of petroleum energy and the requirement of energy saving and consumption reduction put forward by the state， the fuel economy of commercial vehicles has leaped to the top of the users'attention.Therefore， it is necessary to develop a test method that can characterize the level of fuel economy and analyze the driving conditions of automobiles， Especially， it can provide practical test data for vehicle product development， and contribute to improving the market competitiveness of commercial vehicles in enterprises. In this paper， a new road test method for fuel economy of commercial vehicles is formulated by means of determining test road and test method， collecting data of driving conditions， analyzing driving conditions and verifying test methods.

引? ? 言

本文旨在對商用車燃油經(jīng)濟(jì)性評價(jià)方法以道路試驗(yàn)等形式加以改善，找出反映和評價(jià)商用車燃油經(jīng)濟(jì)性及未來市場競爭力和優(yōu)化汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的方法，為改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性提供研究方向。

1? ? 傳統(tǒng)燃油消耗量試驗(yàn)方法存在的問題

傳統(tǒng)燃料消耗量試驗(yàn)方法《GBT 12545.2-2001 商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法》中針對商用車主要進(jìn)行等速行駛油耗測定和多工況油耗測定，在以往燃料消耗量試驗(yàn)方法中還包括限定工況和加速油耗測定。

這些方法普遍存在的問題是既不能準(zhǔn)確說明汽車的實(shí)際油耗，也不能清晰指明燃料經(jīng)濟(jì)性改善的方向，這對于汽車燃料消耗量改善工作具有很大的困難。此外，對于多工況和限定工況油耗的測量存在很大的操作誤差影響。

2? ? 整車燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)道路確定與試驗(yàn)方法制定

2.1? ?典型地區(qū)道路技術(shù)參數(shù)測量及道路比對分析

2.1.1 典型地區(qū)道路技術(shù)參數(shù)測量及分類

通過對典型地區(qū)道路參數(shù)的采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從中得到研究所需要的海拔變化、道路坡度、道路彎道半徑等路況參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)整理并繪制出各典型地區(qū)公路路譜，為試驗(yàn)提供技術(shù)支持。

通過對各種地形條件下道路的比較，我們初步把道路分為以下七種道路：平原高速公路，平原一般公路，丘陵高速公路，丘陵一般公路，一般山區(qū)公路，中度山區(qū)公路，重度山區(qū)公路。其中山區(qū)公路道路差異性主要體現(xiàn)在坡長和彎道數(shù)量及半徑上。

2.1.2 道路坡度統(tǒng)計(jì)基本原理

1）坡度定義方法

道路統(tǒng)計(jì)中關(guān)于坡度的設(shè)置在各種文獻(xiàn)中都沒有嚴(yán)格的規(guī)定，有的按照行駛里程每間隔50米一段定義坡度，有的按照100米定義坡度。根據(jù)路況不同，對于高速公路和平原一般公路建議行駛里程每間隔100米計(jì)算一次坡度，而對于丘陵一般公路和山區(qū)一般公路為提高統(tǒng)計(jì)精度采用每間隔50米計(jì)算一次坡度。

2）路況采樣所需的基本數(shù)據(jù)及坡度計(jì)算方法

計(jì)算坡度基本數(shù)據(jù)：采樣點(diǎn)海拔高度;采樣點(diǎn)所對應(yīng)的里程數(shù)

計(jì)算方法：

如圖1所示，A、B、C分別為路上的三點(diǎn)，且分別相距100米，AB路段所對應(yīng)的坡度為：

（1）

（2）

從記錄起點(diǎn)開始依次往前選取相隔100米的采樣點(diǎn)計(jì)算坡度，便得到某路段的坡度數(shù)據(jù)。

3）坡度統(tǒng)計(jì)方法

道路坡度可分為上坡、下坡和平路，理論上來說，凡是采樣序列上相隔100米的兩點(diǎn)，后一點(diǎn)的海拔高度大于前一點(diǎn)的海拔高度都可以認(rèn)為是上坡，小于則為下坡，等于則為平路。這樣一來，所謂的平原高速實(shí)際上平路的比例是很少的，所以為了反映實(shí)際的路況，將坡度位于-0.5%與0.5%之間的路都認(rèn)為是平路來統(tǒng)計(jì)，上坡從0.5%開始每增加1%作為一個(gè)區(qū)間來統(tǒng)計(jì)直至15.5%，下坡從-0.5%開始每減少1%作為一個(gè)區(qū)間來統(tǒng)計(jì)直至-15.5%。所以常見的任何一段路計(jì)算出的所有坡度都可以統(tǒng)計(jì)到這31個(gè)坡度區(qū)間里，最后形成代表該路段坡度特征的坡度統(tǒng)計(jì)矩陣。

4）坡度統(tǒng)計(jì)矩陣特征

坡度統(tǒng)計(jì)矩陣為31個(gè)坡度區(qū)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如果按坡度為橫坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，可以畫出圖2。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果符合正態(tài)分布，證明如下。

要符合正態(tài)分布，必須滿足以下公式：

（3）

坡度以0為中心，因此

此時(shí)正態(tài)分布公式為：

（4）

由以上公式，當(dāng)x=0時(shí)

，為正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差? ? ? ? （5）

Y為最大統(tǒng)計(jì)值，物理意義為平路所占的比例。

正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差的概率意義為：觀察值落在

之間的概率分別為0.682，0.954，0.997，所以可以說，滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)必須具有以下特性：

測量數(shù)據(jù)兩側(cè)的一、二、三倍標(biāo)準(zhǔn)差區(qū)間包含該被測數(shù)據(jù)均值的概率分別是0.682，0.954，0.997。

舉例說明：

漢十高速襄陽～谷城段最大統(tǒng)計(jì)比例（平路）為0.339，根據(jù)公式（5）計(jì)算得到

之間的統(tǒng)計(jì)概率分別為0.707，0.949，0.986。

漢十高速谷城～十堰段最大統(tǒng)計(jì)比例（平路）為0.161，根據(jù)公式（2-5）計(jì)算得到

之間的統(tǒng)計(jì)概率分別為0.669，0.941，0.984。

各坡度區(qū)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和平路百分比計(jì)算出的正態(tài)分布圖形見圖3：

由圖3所示，正態(tài)分布曲線與采樣分布曲線基本重合，有相同的特征，所以可以認(rèn)為非單一坡度路面坡度分布大致符合正態(tài)分布。這里所說的單一坡度路面是指從起點(diǎn)到終點(diǎn)單調(diào)上坡或單調(diào)下坡的特殊情況，從多次的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析來看，這種坡度分布是不符合正態(tài)分布的。

所以，在? ? ? ? ? ? ? ?的情況下，根據(jù)正態(tài)分布的唯一性，由公式（5）可以由平路所占百分比Y或正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差 σ 來對路況進(jìn)行劃分。

5）路況劃分

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)和道路試驗(yàn)情況，可以根據(jù)平路所占的比例對路況做如下劃分：

Y>0.4 為超級平原（高速）公路，如二廣高速南陽～襄陽段。

0.3

0.1

通過Y來定義路段的道路坡度等級為將任意路段用襄陽周邊路段來描述提供了可能。

3? ? 任意路況描述

任意路況如果用襄陽周邊的路況來描述，也就是說通過襄陽周邊路段的道路試驗(yàn)?zāi)軌虻葍r(jià)地反映任意路段的動力性經(jīng)濟(jì)性情況或者通過加權(quán)來反映，為此，在道路等級一致的情況下（比如同為高速公路）必須滿足各坡度段所占的百分比兩者一致，或者加權(quán)以后是一致的。

1）路況坡度加權(quán)原理

根據(jù)以上對道路的坡度統(tǒng)計(jì)方法，任何一條道路都可以唯一統(tǒng)計(jì)出一個(gè)1×31坡度統(tǒng)計(jì)百分比矩陣，假設(shè)襄陽周邊的三段標(biāo)準(zhǔn)同類別公路統(tǒng)計(jì)出的矩陣為A1，A2，A3，那么任何一段其他同級別路況統(tǒng)計(jì)出的Ax都可以描述成：

Ax=A1×a+A2×b+A3×c

那么a，b，c就是我們要求的權(quán)重系數(shù)，如果三段分別漢十高速棗陽～襄陽、襄陽～谷城、谷城～十堰，那么可以理解成a段棗陽～襄陽+b段襄陽～谷城+c段谷城～十堰可以組成一條路線，該路線與所求路況的坡度百分比是一致的，那么在這條模擬路線上的道路油耗與所求路況上的道路油耗也應(yīng)該是一致的。

當(dāng)然也可以是兩段基準(zhǔn)路段的加權(quán)組合，只要求出a、b就可以了，c=0。

權(quán)重系數(shù)的計(jì)算原理如下：

第一步：首先應(yīng)該采樣計(jì)算出基準(zhǔn)路段的坡度統(tǒng)計(jì)矩陣。

第二步：根據(jù)路譜研究項(xiàng)目所采樣的目標(biāo)路段，計(jì)算出目標(biāo)路段坡度統(tǒng)計(jì)矩陣。第三步：用matlab軟件計(jì)算權(quán)重系數(shù)，計(jì)算流程框圖如圖5：

計(jì)算說明：

為計(jì)算方便，設(shè)置a、b、c分別為0到100之間的整數(shù)，經(jīng)過101×101×101次計(jì)算后，找出一組a、b、c使得組合路線的坡度矩陣與目標(biāo)路線坡度矩陣絕對值偏差最小。

假設(shè)組合路線坡度矩陣為? ? ? ?、? ? ?…

目標(biāo)路線坡度矩陣為? ? ? ? ?、? ? ? ? …

則，絕對值偏差可由下式計(jì)算

（6）

特別的，如果目標(biāo)路段的坡度矩陣與基準(zhǔn)路段中的某一條的坡度矩陣相同，特別是平路比例Y相同的情況下，可以用該條基準(zhǔn)路段道路試驗(yàn)代替目標(biāo)路段的道路試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)驗(yàn)證舉例

樣車基本情況見表1：

目標(biāo)路段情況介紹：

試驗(yàn)路段所經(jīng)高速公路情況介紹見表2，圖6～圖11。

GPS采樣海拔高度圖如圖7：

圖7為從廣州至蘇州的海拔高度圖，橫坐標(biāo)為里程，縱坐標(biāo)為海拔高度，按照每100米計(jì)算一次坡度對廣州～蘇州～廣州往返3050km進(jìn)行坡度統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)段數(shù)結(jié)果如圖8：

對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果所占比例圖如圖9：

基準(zhǔn)路段選取為漢十高速棗陽～襄陽高速往返、漢十高速襄陽～十堰高速往返，通過兩者加權(quán)組合出具有與廣州～蘇州往返相同的坡度分布矩陣的路況。襄陽～棗陽往返、襄陽～十堰往返的坡度分布矩陣圖如圖10。

用matlab求出，當(dāng)a=85，b=37時(shí)，Ax=A1×85+A2×37。

Ax與目標(biāo)路段有最相近的坡度分布矩陣，組合路段的分布矩陣與目標(biāo)路段的分布矩陣對比圖如圖11：

其絕對值偏差為0.149%。

漢十高速襄陽～棗陽、襄陽～十堰的道路試驗(yàn)油耗結(jié)果見表3：

根據(jù)公式（7）計(jì)算組合道路的百公里油耗：

Q=（Q1×a×L1+Q2×b×L2）/（a×L1+b×L2） （7）

Q1、Q2分別為在基準(zhǔn)路上道路行駛試驗(yàn)的百公里油耗，L1、L2分別為基準(zhǔn)路的往返里程。

根據(jù)表2-3的已知條件：

Q1=36.4，L1=114469.0;Q2=38.4，L2=291060.0

權(quán)重值 a=85，b=37，計(jì)算求得：

Q=37.5L/100km

根據(jù)路譜分析加權(quán)求出的組合路段的百公里油耗為37.5 L/100km。

組合路線的平均車速計(jì)算：

V=（L1×a+L2×b）×3.6/（T1×a+T2×b）=76.3km/h

DFL4181A1（T01B-500）樣車用戶使用油耗情況見表4：

全路段平均百公里油耗為37.3L/100km，平均車速74.5km/h。

兩者的載荷情況對比見表5。

計(jì)算油耗與用戶油耗之間存在的誤差及原因分析：

本次計(jì)算在平均車速76.3km/h，總質(zhì)量為50130 kg的條件下計(jì)算出的綜合油耗為37.5L/100km。

用戶在平均車速為74.5km/h，總質(zhì)量為（往52798kg，返50897kg）的條件下的平均使用油耗為37.3L/100km。

油耗誤差為：0.5%。

誤差存在的原因分析：

A組合路線的坡度分布陣與真實(shí)路況的坡度分布矩陣存在著一定的誤差，不是完全相同的。

B襄陽周邊試驗(yàn)路段的平均車速和總質(zhì)量與真實(shí)路況上運(yùn)行時(shí)的車速和總質(zhì)量存在著不一致性。平均車速誤差：2.4%;總質(zhì)量（往返平均）誤差：3.4%。

C襄陽周邊試驗(yàn)油耗數(shù)據(jù)和真實(shí)路況上運(yùn)行時(shí)油耗數(shù)據(jù)都存在著測量誤差。

3.1? ?試驗(yàn)道路確定與試驗(yàn)方法制定

3.1.1 試驗(yàn)道路確定

見表6、表7。

3.2.1 試驗(yàn)方法確定

1）試驗(yàn)道路行駛車速確定見表8：

2）試驗(yàn)樣車總質(zhì)量按照市場用戶通用標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3）目標(biāo)路段燃料消耗量評價(jià)方法

首先根據(jù)目標(biāo)路段采樣結(jié)果，給目標(biāo)路段分配不同綜合城際道路比例，然后參考不同典型路況的燃料消耗量，加權(quán)后得出樣車目標(biāo)路段燃料消耗量。

樣車目標(biāo)路段燃料消耗量按式8確定。

（8）

式中：

—目標(biāo)路段燃料消耗量，L/100km;

—平原一般公路，km;

—平原高速公路，km;

—丘陵一般公路，km;

—丘陵高速公路，km;

—一般山區(qū)公路，km;

—中度山區(qū)公路，km;

—重度山區(qū)公路，km;

—平原一般公路油耗，L/100km;

—平原高速公路油耗，L/100km;

—丘陵一般公路油耗，L/100km;

—丘陵高速公路油耗，L/100km;

—一般山區(qū)公路油耗，L/100km;

—中度山區(qū)公路油耗，L/100km;

—重度山區(qū)公路油耗，L/100km;

4? ? 整車燃油經(jīng)濟(jì)性道路試驗(yàn)方法驗(yàn)證

通過上述研究理論及試驗(yàn)方法的制定，在某車型整車經(jīng)濟(jì)性改善試驗(yàn)中采用上述方法進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

下面節(jié)選部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，具體見表9：

注：漢十高速襄陽北～武當(dāng)山往返路段中，含平原高速公路123.0km，丘陵高速公路116.4km;廣州德邦物流～蘇州貨場往返路段中，含平原高速公路1509.2km，丘陵高速公路1545.2km。

通過表3-1可以看出，在襄陽汽車試驗(yàn)場周邊根據(jù)用戶行駛道路條件模擬出用戶行駛工況進(jìn)行整車燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果看是比較滿意的。兩段道路百公里油耗僅存在0.8%的差異，即襄陽周邊典型道路通過不同比例的組合可以代表商用車在全國各典型道路的行駛狀況。

試驗(yàn)結(jié)果存在的主要差異在于用戶的總質(zhì)量是區(qū)間值，非固定值，此外長途運(yùn)輸氣象條件也存在多變性。

總? ? 結(jié)

本文從試驗(yàn)方法介紹和試驗(yàn)方法驗(yàn)證等方面闡述了在汽車節(jié)能與環(huán)保被視為新時(shí)代汽車工業(yè)發(fā)展重要要求及燃油經(jīng)濟(jì)性日益成為商用車用戶關(guān)注的首要因素的時(shí)代背景下，針對改善商用車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行的多工況道路試驗(yàn)及其結(jié)果的有效性驗(yàn)證，為燃油消耗量提供相對可靠的評價(jià)方法和改進(jìn)方向，評估商用車產(chǎn)品未來市場競爭力，以滿足商用車用戶對燃油經(jīng)濟(jì)性的需求和企業(yè)市場競爭的需要。不可否認(rèn)，該試驗(yàn)方法研究仍有許多不足之處，尚待修正完善。

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吳天昊

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）試驗(yàn)工程部，主要從事整車試驗(yàn)工作。